采動巖體裂隙自修復的水-CO2-巖相互作用試驗研究

摘要：采動破壞巖體易與采空區水、氣發生一系列物理化學作用,促使裂隙發生導水能力降低的自修復現象;研究揭示導水裂隙的自修復機理對于科學評價地下水生態恢復能力、合理制定裂隙限流的保水采煤對策等具有重要的指導意義。基于砂質泥巖裂隙巖樣在酸性和堿性水溶液條件下的水-CO2-巖相互作用實驗,揭示了裂隙在黏土礦物遇水膨脹以及次生礦物或沉淀物充填作用下的自修復機理和規律。結果表明:無論酸性或堿性水溶液條件,裂隙均具備自修復能力,但酸性水溶液條件下的自修復效果更好。裂隙自修復過程中存在滲透率“先快后慢”的分區特征;首先出現以裂隙面黏土礦物遇水膨脹作用為主引起的滲透率快速下降現象,其下降速度在堿性水條件下更快;其次隨著時間的累積,裂隙面巖石礦物溶解、溶蝕形成的離子與水溶液中的陰陽離子、游離CO2發生離子交換化學反應,引起高嶺石等衍生礦物或Fe(OH)3等沉淀物的生成,這些新的物質在裂隙面逐漸吸附堆積,不斷降低裂隙的導水能力。由于實驗砂質泥巖中鋁硅酸鹽礦物含量偏低,無法充分消耗加大通入量的CO2,導致多余的CO2會以碳酸的形式對裂隙面礦物形成溶蝕作用,從而引起裂隙開度及其水滲流能力的提高,表現出對裂隙巖石自修復進程的阻滯作用。